KR101168885B1 - 가시광 통신에서 데이터 전송 방법 및 장치 - Google Patents

가시광 통신에서 데이터 전송 방법 및 장치 Download PDF

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영남대학교 산학협력단
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Abstract

본 명세서는 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC)에서의 데이터 전송 방법에 있어서, 이진 데이터를 구성하는 비트 값의 개수가 동일하도록 형성하는 수정된 1차 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코드를 이용하여 순방향 오류 정정(Forward Error Correcting, FEC) 채널 코딩을 수행하는 단계 및 채널 코딩 수행 결과 생성된 코드워드(Codeword)에 디밍(Dimming) 목표 값에 따라 생성된 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)을 결합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법에 관한 것이다.

Description

가시광 통신에서 데이터 전송 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSMITTIN DATA IN A VISIBLE LIGHT COMMUNICATION}
본 명세서는 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC)에서 디밍(Dimming)을 고려한 데이터 전송 방법 및 장치에 관한 것이다.
차세대 LED 조명은 기존의 형광등과 백열등보다 긴 수명, 습도에 대한 높은 내성, 낮은 소비 전력 및 최소한의 발열 특성의 면에서 유리한 점을 갖는다. 또한, LED는 조명뿐만 아니라 모니터, 휴대폰, 자동차 등과 같은 다양한 제품에도 사용된다. 최근 LED를 IT 기술과 융합하려는 많은 시도가 있는데 그 중 조명에 통신 기술을 접목시킨 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC)이 주목받고 있다. 인간의 눈은 조명이 5ms보다 빠르게 변화할 때는 깜빡임이 보이지 않고 오로지 평균 강도만을 감지하기 때문에 조명과 통신을 동시에 구현할 수 있다.
실용적인 사용을 위한 하드웨어 제약을 고려한다면, 온/오프 펄스를 통해 이진 데이터를 보내는 NRZ-OOK(Non-return-to-zero On-off Keying)는 그 구현의 용이성으로 인해 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC)에 적합하다. 일반적인 전송 데이터는 1과 0으로 이루어져 있고 따라서 발광 강도는 최대 밝기의 절반까지 흐려지기 때문에 NRZ-OOK(Non-return-to-zero On-off Keying)로 인하여 조명의 밝기가 감소하는 것은 자명하다. 더욱이, 안정적인 통신을 위해서 순방향 오류 정정(Forward Error Correcting, FEC) 코딩을 사용하는 경우, 하나의 데이터 패킷 내에 1과 0의 동일한 비율을 보장하지 않기 때문에 조명 밝기의 변화를 일으킬 수 있다.
본 명세서는 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC)에서 수정된 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코드를 이용하여 순방향 오류 정정(Forward Error Correcting, FEC) 코딩을 수행함으로써 디밍(Dimming)의 제어와 동시에 데이터를 전송하기 위한 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 명세서는 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC)에서의 데이터 전송 방법에 있어서, 이진 데이터를 구성하는 비트 값의 개수가 동일하도록 형성하는 수정된 1차 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코드를 이용하여 순방향 오류 정정(Forward Error Correcting, FEC) 채널 코딩을 수행하는 단계 및 상기 채널 코딩 수행 결과 생성된 코드워드(Codeword)에 디밍(Dimming) 목표 값에 따라 생성된 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)을 결합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 채널 코딩을 수행하는 단계는 선형 1차 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코드에 의해 생성되는 기저 벡터(Basis Vector) 중 모든 성분이 0 또는 1로 구성된 기저 벡터(Basis Vector)를 제거하는 단계 및 상기 제거된 기저 벡터(Basis Vector) 이외의 기저 벡터(Basis Vector)들로 매트릭스를 생성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 생성된 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)이 모든 비트가 0 또는 1로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코드워드(Codeword)의 웨이트가
Figure 112011029428719-pat00001
인 것을 특징으로 한다.
여기서, nc는 코드워드(Codeword)의 비트 수이다.
또는, 데이터 패킷을 전송하는 단계를 더 포함하며, 상기 데이터 패킷의 길이는 상기 생성된 코드워드(Codeword)의 길이와 상기 생성된 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)의 길이의 합이며, 상기 디밍(Dimming) 목표 값에 따라 상기 생성된 코드워드(Codeword)의 길이와 상기 생성된 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)의 길이가 정해지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 명세서는, 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC)에서의 데이터 전송 방법에 있어 이진 데이터를 구성하는 비트 값의 개수가 동일하도록 형성하는 수정된 1차 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코드를 이용하여 순방향 오류 정정(Forward Error Correcting, FEC) 채널 코딩을 수행하는 채널 부호화부 및 상기 채널 코딩 수행 결과 생성된 코드워드(Codeword)에 디밍(Dimming) 목표 값에 따라 생성된 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)을 결합하는 디밍(Dimming) 보상부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 명세서는 수정된 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코드를 이용하여 코드워드(Codeword)의 0과 1의 개수를 동일하게 보장하여 추가적인 보상 심볼(Compensation Symbols, CS) 없이도 50%의 디밍(Dimming)을 지원하여 더 많은 데이터를 전송할 수 있는 효과가 있다.
또한 수정된 1차 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코드를 이용한 코드워드(Codeword)와 디밍(Dimming) 목표 값에 따라 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)을 생성하여 데이터 패킷을 전송함으로써 정확한 디밍(Dimming) 제어가 수행될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템을 나타낸 개념도.
도 2 (a) 및 (b)는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC) 시스템을 구성하는 송신단 및 수신단의 내부 블록도.
도 3 (a) 및 (b)는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC) 시스템의 송신단 및 수신단에서 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도.
도 4는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 채널 부호화부를 나타낸 블록도.
도 5 (a) 내지 (c)는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 서로 다른 디밍(Dimming) 목표 값에 대한 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)을 결합한 예시를 나타낸 도.
도 6은 패킷 길이 n이 25일 때 서로 다른 디밍(Dimming) 목표 값에 대한 본 명세서의 일 실시 예에 따른 코딩 방법과 종래의 코딩 방법의 비트 에러율(Bit Error Ratio, BER)을 나타낸 도.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 명세서의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 명세서의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 명세서의 일 실시 예에 따른 가시광 통신 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC) 시스템은 크게 데이터를 전송하는 송신기(100)와 데이터를 수신하는 수신기(200)를 포함하여 구성된다.
상기 송신기(100)는 수신측 단말기에 가시광 통신 방식으로 데이터를 전송하는 역할을 수행한다. 송신기는 주로 LED 조명이 되겠지만 가시광을 통신 수단으로 전송할 수 있는 다양한 기기를 사용할 수 있고 LED 조명에만 한정되지 않는다.
상기 수신기(200)는 송신기로부터 가시광 형태로 전송된 데이터를 수신하고 복원하는 역할을 한다. 송신되는 빛을 수신하기 위해서는 포토 디텍터나 이미지 센서를 이용할 수 있으나 이 역시 한정되지 않고 다양한 수신 단말기를 이용할 수 있다.
도 2(a)는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC) 시스템을 구성하는 송신기(100)의 내부 블록도이며, 도 2(b)는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC) 시스템을 구성하는 수신기(200)의 내부 블록도이다.
도 2의 (a)를 참조하면, 송신기(100)는 부호화부(110), 디밍 보상부(120), 인터리버부(130)와 OOK 변조부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
부호화부(110)는 입력받은 정보 벡터를 해당 채널 부호화 기법을 이용하여 이진 신호로 변환한다. 본 명세서에서 제안하는 코딩은 부호화부(110)에서 이루어질 수 있으며, 본 명세서의 실시 예에 해당하는 순방향 오류 정정(Forward Error Correnting, FEC) 코딩 방법을 사용한 부호화를 수행하는 것을 특징으로 한다.
디밍 보상부(120)는 디밍(Dimming) 목표 값으로 디밍(Dimming) 레벨을 조절하기 위한 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)을 생성하고 전송 코드에 결합한다. 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)은 국제 표준에 따라 다양한 알고리즘을 통해 구현될 수 있다. 본 명세서의 실시 예에 의하면 디밍 보상부(120)는 데이터 길이에 따라 0과 1의 개수를 제어하며, 본 명세서의 또 다른 실시 예에 의하면 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)은 모두 1이거나 모두 0인 것을 특징으로 한다.
인터리버부(130)는 채널 선택의 영향을 완화하기 위해 전송 코드의 재배열을 수행한다. 인터리버부(130)로는 블록 인터리버와 랜덤 인터리버 같은 일반적인 인터리버 뿐만 아니라 다양한 인터리빙 기법이 적용된 인터리버가 사용될 수 있다.
OOK 변조부(140)는 코드 신호로부터 가시광 신호를 생성한다. 본 명세서에서는 가시광 신호의 생성에 있어 NRZ-OOK(Non-return-to-zero On-off Keying) 기법을 사용하는 변조부를 예시로 들었으나, 대역폭 효율에 맞게 제안되고 있는 I-PPM(Inverted Punlse Position Mudulation), SC-I-PPM(Subcarrier Inverted Pulse Position Mudulation), PWM(Pulse width Modulation), OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 같은 다양한 변조기법이 적용된 변조부가 사용될 수 있다. 또한 IEEE 표준에서 공표되어 있는 VPPM(Variable Pulse Position Modulation), CSK(Color Shift Keying) 변조 기법이 적용된 변조부가 사용될 수도 있다.
도 2의 (b)를 참조하면, 수신기(200)는 복조부(210), 디인터리버부(220)와 복호화부(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
복조부(210)는 변조된 신호를 원래의 이진 신호로 복구한다. 복조부(210)는 변조 방식에 따라 PSK, FSK, MSK 등의 방식으로 복조를 수행할 수 있다.
디인터리버부(220)는 인터리버로 재배열되어 출력된 신호를 원래의 순서로 변환한다. 본 명세서의 실시 예에 의하면 디인터리버부(220)에서는 디밍(Dimming) 보상을 위해 결합된 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)을 제거할 수 있다.
복호화부(230)에서는 이진 부호로 전송된 신호를 정보 벡터로 복호화하고 이를 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC) 장치에 제공한다. 복호화 과정은 일반적으로 부호화의 역으로 진행되며, 본 명세서의 실시 예에 의하면 수정된 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코드를 이용한 순방향 오류 정정(Forward Error Correcting, FEC) 코딩 기법을 이용하여 복호화하는 것을 특징으로 한다. 본 명세서의 실시 예에 의하면 복호화부는 최대 우도 복호화부로 구성될 수 있다.
도 3(a)는 본 명세서의 일 실시예에 따른 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC) 시스템의 송신단에서 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 3(b)는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC) 시스템의 수신단에서 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 (a)를 참조하면, k비트의 정보 벡터 i는 부호화부로 입력되어 채널 코드로 코딩되며 코드워드(Codeword) c로 출력된다(S101). 본 명세서의 실시 예에 따르면 부호화부는 수정된 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코드를 이용하여 순방향 오류 정정(Forward Error Correnting, FEC) 코딩 방법을 사용한 부호화를 수행하는 것을 특징으로 한다. 본 과정을 통해서 길이 nc의 코드워드(Codeword)가 생성되며, 본 명세서의 실시 예에 의하면 코드워드(Codeword)의 웨이트는
Figure 112011029428719-pat00002
인 것을 특징으로 한다. 또한 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코딩 방법을 이용하여 부호화를 수행할 경우, 코드워드(Codeword)의 최소거리는
Figure 112011029428719-pat00003
이다.
부호화부에서 생성된 코드워드(Codeword)는 디밍 보상부의 입력으로 들어가며, 디밍 보상부에서는 디밍(Dimming)을 주어진 목표 값으로 조절하기 위한 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)을 생성하여 입력된 코드워드(Codeword)에 결합하여 서브 코드워드(Codeword)를 생성할 수 있다(S102). 본 명세서의 실시 예에 따르면 디밍(Dimming) 목표 값이 50%일 때 보정 심볼은 생성되지 않고, 50% 초과일 때 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)은 모두 1이며, 디밍(Dimming) 목표 값이 50% 미만일 때 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)은 모두 0인 것을 특징으로 한다. 또한 본 명세서의 실시 예에 따르면 코드워드(Codeword)와 보상심볼의 길이의 합은 전송 데이터의 전체 길이에 해당하며, 본 명세서의 실시 예에 따라 생성된 코드워드(Codeword)의 길이에 따라 보상심볼의 길이기 변화하는 것을 특징으로 한다.
보상 심볼(Compensation Symbols, CS)이 결합된 서브 코드워드(Codeword)는 인터리버부로 입력되어 재배열 과정을 거친다(S103). 이렇게 생성된 코드는 변조부를 거치면서 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC)에 적합한 광 신호로 변환되어 출력된다(S104). 생성된 가시광 신호는 디밍(Dimming)과 통신을 함께 수행할 수 있도록 형성된다. 또한 이렇게 생성된 신호는 채널을 통과하면서 부가적인 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise, AWGN)이 더해질 수 있다.
도 3의 (b)를 참조하면, 수신기에 도달한 가시광 신호는 복조부에서 이진 신호로 복조된다(S201). 복조부는 가시광 형태로 전송된 데이터의 신호 패턴으로부터 통신을 위한 연성값(Soft Value)을 생성한다. 이 때 인터리브 된 코드워드(Codeword) 비트와 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)의 로그 우도율(Log-Likelihood Ratio, LLR)을 연성값(Soft Value)으로 취급할 수 있다.
복조된 신호는 디인터리버부에서 복호화에 사용될 우도율 값의 순서에 따라 재배열된다(S202). 또한 본 명세서의 실시 예에 의하면 이 과정에서 디밍(Dimming)을 위한 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)이 제거될 수 있다.
디인터리버 과정에서 재배열 된 신호는 복호화부에서 부호화 과정을 역으로 수행하여 복호화된다(S203). 본 명세서의 실시 예에 따른 최대 우도 복호화부를 사용할 경우 복호화부는 코드워드(Codeword) 비트에 대응하는 로그 우도율 값의 합으로부터 행렬을 만들고, 최대 우도 추정을 통해 정보 벡터를 추정하여 생성한다.
도 4에는 본 명세서의 실시 예에 따른 채널 부호화부(110)를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 채널 부호화부(110)는 1차 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코딩 블록(111), 생성 행렬(Generator Matrix) 생성 블록(112), 2비트 연산 수행 블록(113)을 포함하여 구성될 수 있다.
리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코드는 1954년에 뮬러에 의해 발견되었고 곧 이어 리드에 의해 더 개선된 대수적 표현이 제공되었다. 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코드는 부울 함수(Boolean Function)로 매우 간단하게 정의될 수 있다. 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코드는 선형 블록 코드(Linear Block Code)의 하나이기 때문에 생성 행렬(Generator Matrix) 또는 패리티 검사 행렬(Parity-Check Matrix)로 표현될 수 있다.
본 명세서의 실시 예에 따른 1차 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코딩 블록(111)에서는 길이가 m인 정보 벡터 i를 입력받고, 다양한 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코드 중 수행하기 쉬운 길이 nc=2m의 1차 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코드 RM(1,m)을 이용하여 코딩을 수행한다. 수행한 코딩 결과 m개의 일차 독립인 벡터들의 모든 일차 결합들의 집합인 2m 길이의 서브 코드가 생성된다.
생성 행렬(Generator Matrix) 생성 블록(112)에서는 서브 코드를 입력받아 서브 코드로부터 m개의 기저 벡터를 형성하고, 기저 벡터들을 행으로 갖는 생성 행렬(Generator Matrix)를 만든다.
종래 RM(1,m)의 기저 벡터(Basis Vector)는 길이 2m이고 모두 1인 벡터 v0 한 개와 v1, v2, … ,vm으로 표현되는 길이 2m의 벡터 m개로 구성된다. 예를 들면, m이 4일 때 종래 RM(1,m)의 기저 벡터(Basis Vector)는 아래와 같다.
Figure 112011029428719-pat00004
Figure 112011029428719-pat00005
Figure 112011029428719-pat00006
Figure 112011029428719-pat00007
Figure 112011029428719-pat00008
그러나, 본 명세서의 실시 예에 따른 생성 행렬(Generator Matrix) 생성 블록(112)에서는 0과 1의 수가 동일한 코드워드(Codeword)를 만들기 위해 기저 벡터(Basis Vector) v0를 제거한다. 그러고 나면 기저 벡터(Basis Vector)는 v1, v2, … ,vm으로 구성된 m개만 남는다. 따라서, 1차 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코드의 차원은 m+1인데 반해 제안된 코드의 차원은 m이다. 따라서 기저 벡터(Basis Vector)에 따른 생성 행렬(Generator Matrix) G는 다음과 같다.
Figure 112011029428719-pat00009
여기서 T는 행렬의 전치이다.
이 같은 생성 행렬(Generator Matrix) G는 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코드의 수행에 따라 생성 행렬(Generator Matrix) 외에 패리티 검사 행렬(Parity Check Matrix)에 의해서도 표현될 수 있으며 이 둘은 동치관계에 있다.
2비트 연산 수행 블록(113)에서는 m×2m의 생성 행렬(Generator Matrix) G와 길이 m의 정보 벡터 i로부터 길이 2m의 코드워드(Codeword) c를 생성한다. 이 때 코드워드(Codeword) c는 본 명세서의 실시 예에 해당하는 연산을 수행하여 생성되며 연산은 아래와 같이 주어진다.
Figure 112011029428719-pat00010
여기서 0m은 길이가 m이고 모든 성분이 0인 벡터, 1nc는 길이가 nc이고 모든 성분이 1인 벡터,
Figure 112011029428719-pat00011
는 비트에 관한 배타적 논리합(Exclusive-OR)이다. 이러한 연산에 의하여 생성된 코드워드(Codeword)에서는 모든 성분이 0인 벡터가 만들어질 수 없다. 또한 2m-2개의 가능한 모든 후보군을 사용할 수 있기 때문에 정보이론의 관점에서 더 많은 정보를 전송하는 것이 가능하다.
본 명세서의 실시 예에 따른 코딩 방법은 어떠한 코드워드(Codeword)라도 웨이트(weight)가
Figure 112011029428719-pat00012
인 것을 특징으로 한다. 따라서 추가적 보정 심볼 없이도 정확히 50%의 디밍(Dimming) 값이 보장된다는 것이다. 이는 더미 심볼의 추가가 없기 때문에 데이터 전송 속도의 희생이 없이 보정이 가능하다는 유리한 효과를 가져온다.
더해서, 본 명세서의 실시 예에 따른 코딩 방법은 제안된 코드의 최소 거리가
Figure 112011029428719-pat00013
이다. 이는 다음에서 쉽게 증명될 수 있다.
RM(1,m)의 최소 거리가
Figure 112011029428719-pat00014
라는 것은 잘 알려져 있다. 제안된 코딩은 RM(1,m)의 부분 집합이기 때문에 그의 최소 거리는
Figure 112011029428719-pat00015
보다 크거나 같을 수 있다. 기저 벡터(Basis Vector) 사이의 거리가
Figure 112011029428719-pat00016
이고 기저 벡터(Basis Vector) 역시 제안된 코드의 코드워드(Codeword) 중 하나이기 때문에, 제안된 코드의 최소 거리는
Figure 112011029428719-pat00017
와 같다. 이는 코딩 이득을 증가시킴으로써 비트 에러율(Bit Error Ratio, BER)을 개선시키는 유리한 효과를 가져온다.
도 5는 본 명세서의 실시 예에 따른 서로 다른 디밍(Dimming) 목표 값에 대한 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)을 결합한 예시를 나타낸 도면이다.
도 5에서는 데이터 패킷 길이 n이 8인 경우, 본 명세서의 실시 예에 따른 디밍 보상부(120)에서 코드워드(Codeword)에 서로 다른 디밍(Dimming) 목표 값을 고려한 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)을 결합한 예시를 보이고 있다.
도 5를 참조하면, 전송된 데이터 패킷의 길이는 n이다. 또한 nc와 nd는 각각 코드워드(Codeword)의 비트 수와 추가적 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)의 길이이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 디밍(Dimming) 목표 값 D가 50%일 때, 본 명세서의 실시 예에 따른 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코딩 방법에 의해 생성된 코드워드(Codeword)는 추가적인 보상 심볼(Compensation Symbols, CS) 없이도 정확히 50% 값의 디밍(Dimming) 보정률을 갖게 되므로, 데이터 전송량에 있어서 유리한 효과를 갖는다.
디밍(Dimming) 목표 값 D로는 50%, 25%(또는 75%), 그리고 12.5%(또는 87.5%)를 고려한다. 도 5의 (b)를 참조하면, 본 명세서의 실시 예에서 디밍(Dimming) 목표 값 25%와 75%를 위한 채널 코드는 같지만 보상 심볼(Compensation Symbols, CS) nd는 디밍(Dimming) 목표 값 25%에 대하여 모두 0이고 75%에 대하여 모두 1이 된다. 도 5의 (c)를 참조하면, 유사하게 디밍(Dimming) 목표 값 12.5%와 87.5%의 차이 역시 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)에서 나타난다. 즉, 보정 목표 값이 50% 미만인 경우 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)은 모두 0이고, 50% 초과인 경우 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)은 모두 1인 것을 특징으로 한다. 따라서 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)을 결합한 실시 예는 세 가지 디밍(Dimming) 목표 값 50%, 25%, 그리고 12.5%만을 고려한다.
본 명세서의 실시 예에 따른 시스템에서 전송 패킷의 길이 n은 고정되고, 또한 n은 nc와 nd의 합인 것을 특징으로 한다. 따라서 디밍(Dimming) 목표 값이 50% 디밍(Dimming) 값에서 점점 멀어진다면, 코드워드(Codeword)의 비트수 nc는 점점 짧아지고 추가적 보상 심볼(Compensation Symbols, CS) nd의 길이는 점점 길어진다.
하기 표 1은 고정된 코드 길이 n에 대한 본 명세서의 실시 예에 따른 코딩 방법과 종래의 코딩 방법 간의 파라미터를 비교한 표이다.
Figure 112011029428719-pat00018
상기 표 1에서, k는 채널 코드 차수와 동일한 정보의 크기이고 dmin을 코드의 최소 거리이다. 전송 패킷의 길이 n은 2m으로 고정된다. 서로 다른 디밍(Dimming) 목표 값에 대한 제안된 코딩 방법과 종래 코딩 방법에 따른 파라미터가 나열되어 있다. 또한, 'Pro'와 'Con'은 제안된 코딩 방법과 종래 코딩 방법을 의미한다.
도 6은 패킷 길이 n이 25일 때 서로 다른 디밍(Dimming) 목표 값에 대한 본 명세서의 실시 예에 따른 코딩 방법과 종래의 코딩 방법의 비트 에러율(Bit Error Ratio, BER)을 나타낸 것이다.
디밍(Dimming) 목표 값은 50%, 25%(또는 75%), 또는 12.5%(또는 87.5%)인 경우를 고려한다. 채널은 부가적인 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise, AWGN) 채널인 것으로 가정한다.
도 6의 'Dim', 'Pro', 'Con'은 각각 디밍(Dimming) 목표 값, 본 명세서의 실시 예에 따른 코딩 방법의 비트 에러율(Bit Error Ratio, BER), 종래 코딩 방법의 비트 에러율(Bit Error Ratio, BER)을 의미한다. 디밍(Dimming) 50%를 위해, 제안된 코딩 방법과 종래 방법 사이의 Eb/N0 이득은 1% 비트 에러율(Bit Error Ratio, BER)에서 거의 3dB이 차이난다.
왜냐하면 제안된 코딩 방법에서 복호화할 코드워드(Codeword)의 길이는 종래의 코딩 방법보다 두 배이기 때문이다. 비록 두 코딩 방법의 후보군의 수가 같더라도, 디밍(Dimming) 목표 값 25%(또는 75%)와 12.5%(또는 87.5%)에 대하여, Eb/Nb의 이득은 1% 비트 에러율(Bit Error Ratio, BER)에 대해 여전히 약 3dB 차이를 보이고 있다. 부가적인 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise, AWGN) 채널에 대해 이러한 시뮬레이션 결과는 여러가지 다른 디밍(Dimming) 목표 값에 대해 본 명세서에 따른 실시 예의 코딩 방법이 종래의 코딩 방법 보다 더 나은 비트 에러율(Bit Error Ratio, BER)을 갖는다는 것을 보여준다.
100: 가시광 통신 시스템
110: 송신단
120: 수신단

Claims (5)

  1. 가시광 통신(Visible Light Communication, VLC)에서의 데이터 전송 방법에 있어서,
    이진 데이터를 구성하는 비트 값의 개수가 동일하도록 형성하는 수정된 1차 리드 뮬러(Reed-Muller, RM) 코드를 이용하여 순방향 오류 정정(Forward Error Correcting, FEC) 채널 코딩을 수행하는 단계; 및
    상기 채널 코딩 수행 결과 생성된 코드워드(Codeword)에 디밍(Dimming) 목표 값에 따라 생성된 보상 심볼(Compensation Symbols, CS)을 결합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 채널 코딩을 수행하는 단계는,
    선형 1차 리드 뮬러 코드에 의해 생성되는 기저 벡터(Basis Vector) 중 모든 성분이 0 또는 1로 구성된 기저 벡터를 제거하는 단계; 및
    상기 제거된 기저 벡터 이외의 기저 벡터들로 매트릭스를 생성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 생성된 코드워드는,
    하기 수학식 1을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
    <수학식 1>
    Figure 112011029428719-pat00019

    상기 수학식에서, nc는 코드워드의 비트 수, i는 길이 m인 정보 벡터, 1nc는 길이가 nc이고 모든 성분이 1인 벡터, 0m은 길이가 m이고 모든 성분이 0인 벡터,
    Figure 112011029428719-pat00020
    는 비트에 관한 배타적 논리합(Exclusive-OR)임.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 생성된 보상 심볼은 모든 비트가 0 또는 1로 구성되며,
    데이터 패킷을 전송하는 단계를 더 포함하되,
    상기 데이터 패킷의 길이는 상기 생성된 코드워드의 길이와 상기 생성된 보상 심볼의 길이의 합이며, 상기 디밍 목표 값에 따라 상기 생성된 코드워드의 길이와 상기 생성된 보상 심볼의 길이가 정해지는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  5. 가시광 통신에서의 데이터 전송 장치에 있어서,
    이진 데이터를 구성하는 비트 값의 개수가 동일하도록 형성하는 수정된 1차 리드 뮬러 코드를 이용하여 순방향 오류 정정 채널 코딩을 수행하는 채널 부호화부; 및
    상기 채널 코딩 수행 결과 생성된 코드워드에 디밍 목표 값에 따라 생성된 보상 심볼을 결합하는 디밍 보상부를 포함하되,
    상기 채널 부호화부는 선형 1차 리드 뮬러 코드에 의해 생성되는 기저 벡터 중 모든 성분이 0 또는 1로 구성된 기저 벡터를 제거하고 상기 제거된 기저 벡터 이외의 기저 벡터들로 매트릭스를 생성하며,
    상기 생성된 코드워드는 하기 수학식 2를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송장치.
    <수학식 2>
    Figure 112011029428719-pat00021

    상기 수학식에서, nc는 코드워드의 비트 수, i는 길이 m인 정보 벡터, 1nc는 길이가 nc이고 모든 성분이 1인 벡터, 0m은 길이가 m이고 모든 성분이 0인 벡터,
    Figure 112011029428719-pat00022
    는 비트에 관한 배타적 논리합(Exclusive-OR)임.
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